Способ определения контуров миокарда левого предсердия на мр-изображениях с использованием мультипланарных реконструкций
Владельцы патента RU 2576816:
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Российский кардиологический научно-производственный комплекс" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "РКНПК" Минздрава России) (RU)
Изобретение относится к медицине, лучевой диагностике и может применяться при обработке MP-изображений с отсроченным контрастированием, определении структуры миокарда левого предсердия (ЛП) у пациентов с мерцательной аритмией (MA). Выполняют МРТ сердца высокого разрешения с отсроченным контрастированием. Из полученной серии изображений производят мультипланарную реконструкцию изображений ЛП в трех перпендикулярных плоскостях: фронтальной, аксиальной, сагиттальной. На данных мультипланарных реконструкциях производят поиск структур сердца и артефактов, которые могут быть ошибочно приняты за миокард ЛП, в следующей последовательности. Вначале определяют топографию ЛП и прилегающих структур, для чего определяют топографию митрального кольца в полученных плоскостях, первый слой предсердного миокарда сразу выше уровня кольца митрального клапана. Далее на аксиальной плоскости проводят построение продольной оси левого желудочка (ЛЖ) и его поперечной оси на уровне митрального клапана. По построенной поперечной оси ЛЖ на всех аксиальных срезах ЛП проводят границу между ЛЖ и ЛП. Выявляют пищевод и его границы с задней стенкой ЛП. Выявляют кольцо аортального клапана, нисходящую аорту, дифференцируя эти структуры со стенкой ЛП в местах их наиболее близкого расположения. Определяют ход левой коронарной артерии близ ушка ЛП как полосу интенсивного сигнала, мигрирующую от слоя к слою в сторону латеральной стенки ЛЖ. Затем обводят контуры ЛП, для чего вначале обводят эндокардиальный контур ЛП, используя в качестве ориентира заднюю стенку ЛП. Далее обводят миокард предсердий медиальнее и кзади от определенной границы между ЛЖ и ЛП. Переднюю стенку и ушко ЛП обводят выше верхней границы кольца митрального клапана. Затем обводят эпикардиальный контур ЛП. В заключение исключают артефакты, для чего выявляют в миокарде ЛП зоны, имеющие яркость больше яркости стенки аорты в данном слое. Рассматривают подобные зоны в разных плоскостях и при интерпретации зоны как не относящейся к миокарду ЛП такую зону вручную вырезают из его границ. Данный способ позволяет точно обвести контур миокарда ЛП, обеспечивает стандартизацию процедуры работы с MP-изображениями, позволяя получать сопоставимые результаты. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к медицине, а точнее к лучевой диагностике, и может применяться при обработке MP-изображений с отсроченным контрастированием и определении структуры миокарда левого предсердия (ЛП) у пациентов с мерцательной аритмией (MA).
MA - одно из наиболее распространенных нарушений ритма сердца, которое встречается у 1-2% лиц общей популяции и у 5% лиц старше 65 лет. Однако эффективность консервативного и интервенционного лечения MA до сих пор остается недостаточно высокой. В то же время тяжесть течения, а также прогноз болезни нередко связаны с тяжестью структурных изменений левого предсердия (ЛП). Совершенствование современных подходов к диагностике и лечению MA может базироваться на оценке степени структурных изменений миокарда предсердий. Так, продемонстрировано, что тяжесть структурных изменений предсердий может влиять на эффективность медикаментозной и интервенционной терапии аритмии.
Неинвазивная оценка тяжести структурных изменений миокарда предсердий может быть проведена при помощи магнитно-резонансной томографии (МРТ) высокого разрешения с отсроченным контрастированием. На полученных MP-изображениях для суждения о структуре предсердного миокарда необходимо обведение контуров миокарда ЛП. Известно, что толщина стенки ЛП составляет 1,5-3мм, что требует высокой точности и воспроизводимости обведения его контуров.
Уровень техники
Одним из аналогов разработанного нами способа является полностью автоматическое определение стенок ЛП, осуществляемое при помощи специальной программы, основанной на математическом моделировании интенсивности сигнала миокарда ЛП (Veni G., Fu Zh., Awate S.P. et al. Bayesian Segmentation of Atrium Wall Using Globally-Optimal Graph Cuts on 3D Meshes. J.C. Gee et al. (Eds.): IPMI 2013, LNCS 7917, pp.656-667, 2013. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013). Недостатком известного способа является низкая специфичность обведения контуров ЛП и необходимость проверки экспертом.
Ближайшим аналогом предлагаемого способа является простое полуавтоматическое обведение контуров миокарда ЛП без применения алгоритма поиска артефактов [Oakes R.S., Badger T.J., Kholmovski E.G. et al. Detection and quantification of left atrial structural remodeling with delayed-enhancement magnetic resonance imaging in patients with atrial fibrillation. Circulation. 2009 Apr 7; 119(13): 1758-67]. Однако недостатком данного способа может явиться расхождение в тяжести выявленного структурного поражения ЛП при обведении его контуров различными экспертами, обусловленное отсутствием единой системы исключения артефактов.
Раскрытие изобретения
Разработанная нами технология обработки MP-изображений позволяет точно обвести контур миокарда ЛП. Кроме того, предложенный алгоритм работы с изображениями обеспечивает стандартизацию процедуры работы с MP-изображениями, позволяя получать сопоставимые результаты.
Для определения контуров миокарда левого предсердия (ЛП) на МР-изображениях с использованием мультипланарных реконструкций выполняют МРТ сердца высокого разрешения с отсроченным контрастированием, исследование предсердий проводят на свободном дыхании, синхронизируя с ЭКГ и дыханием, средняя длительность сканирования предсердий 10 минут. При помощи стандартного программного обеспечения рабочих станцией МРТ из полученной серии изображений производят мультипланарную реконструкцию изображений ЛП в трех перпендикулярных плоскостях: фронтальной, аксиальной и сагиттальной. При просмотре и сопоставлении данных мультипланарных реконструкций производят поиск структур сердца и артефактов, которые могут быть ошибочно приняты за миокард ЛП.
Выявление этих образований проводят в следующей последовательности:
- определяют топографию ЛП и прилегающих структур, для чего вначале определяют топографию митрального кольца в полученных плоскостях; определяют первый слой предсердного миокарда сразу выше уровня кольца митрального клапана, причем в случае вертикального положения сердца идентифицируют часть кольца митрального клапана, выделяющуюся в области межпредсердной перегородки в виде точечной яркой структуры, далее на аксиальной плоскости проводят построение продольной оси левого желудочка (ЛЖ) и его поперечной оси на уровне митрального клапана, по построенной поперечной оси ЛЖ на всех аксиальных срезах ЛП проводят границу между ЛЖ и ЛП;
- затем выявляют пищевод и его границы с задней стенкой ЛП;
- выявляют кольцо аортального клапана, нисходящую аорту, дифференцируя эти структуры со стенкой ЛП в местах их наиболее близкого расположения;
- определяют ход левой коронарной артерии близ ушка ЛП, как полосу интенсивного сигнала, мигрирующую от слоя к слою в сторону латеральной стенки ЛЖ;
- далее обводят контуры ЛП, для чего вначале обводят эндокардиальный контур ЛП, руководствуясь тем, что миокард предсердий имеет интенсивность сигнала, превышающую кровь, и наиболее хорошо видна задняя стенка ЛП, которую рассматривают как ориентир при обведении контуров;
- далее обводят миокард предсердий медиальнее и кзади от определенной границы между ЛЖ и ЛП;
- переднюю стенку и ушко ЛП обводят выше верхней границы кольца митрального клапана;
- далее обводят эпикардиальный контур ЛП, который достраивают либо автоматически на заданную толщину миокарда ЛП 1,5-3,5 мм с последующей ручной правкой, либо проводят вручную параллельно эндокардиальному контуру;
- затем осуществляют исключение артефактов, для чего выявляют в миокарде ЛП зоны, имеющие яркость, превосходящую яркость стенки аорты в данном слое, рассматривают подобные зоны в разных плоскостях и при интерпретации зоны как не относящейся к миокарду ЛП такую зону вручную вырезают из его границ.
Изобретение поясняется следующими иллюстрациями:
Фиг 1. Топография кольца митрального клапана (стрелками) на МР-изображениях сердца в сагиттальной (А), корональной (Б) и аксиальной (В) плоскостях.
Фиг 2. MP-изображение левого предсердия. Стрелкой обозначена нижне-боковая часть митрального кольца.
Фиг 3. MP-изображение сердца. Белая стрелка - продольная ось левого желудочка, Черная стрелка - поперечная ось левого желудочка на уровне митрального кольца (обозначает границу между левым желудочком и левым предсердием).
Фиг 4. MP-изображение сердца. Стрелками обозначен пищевод на различных уровнях.
Фиг 5. MP-изображение сердца. Белой стрелкой обозначено кольцо аортального клапана, черной стрелкой - стенка нисходящей аорты, серой стрелкой - задняя стенка левого предсердия.
Фиг 6. MP-изображение сердца, корональная плоскость (А), аксиальная плоскость (Б). Белой стрелкой обозначено ушко левого предсердия, черной стрелкой - коронарная артерия.
Фиг 7. MP-изображение сердца. Желтыми линиями обозначен эндокардиальный и эпикардиальный контуры миокарда левого предсердия.
Фиг 8. MP-изображение высокого разрешения миокарда левого предсердия после аблации устьев легочных вен. А - аксиальная плоскость (исходное изображение), Б - реконструкция по фронтальной плоскости. В -реконструкция в сагиттальной плоскости.
Способ осуществляется следующим образом
Выполняют МРТ сердца высокого разрешения с отсроченным контрастированием (через 15-20 мин после введения контрастного препарата, содержащего гадолиний). Исследование предсердий проводится на свободном дыхании с синхронизацией с ЭКГ и дыханием, средняя длительность сканирования предсердий составляет 10 минут. На полученной серии МР-изображений сердца необходимо выделить контуры миокарда ЛП.
Обведение границ миокарда ЛП может осуществляться при помощи любой программы, позволяющей редактировать графические файлы в формате DICOM, например в программах ImageJ (США) или Seg3D (США). Одновременно при помощи стандартного программного обеспечения рабочих станцией МРТ из полученной серии изображений производится мультипланарная (многоплоскостная) реконструкция изображений ЛП в трех перпендикулярных плоскостях: фронтальной, аксиальной и сагиттальной.
При просмотре и сопоставлении данных мультипланарных реконструкций производится поиск структур сердца и артефактов, которые могут быть ошибочно приняты за миокард ЛП.
Выявление этих образований проводится в следующей последовательности:
I. Определение топографии ЛП и прилегающих структур
1. Определение топографии митрального кольца (фиг. 1).
2. Определение первого слоя предсердного миокарда сразу выше уровня кольца митрального клапана. В случае вертикального положения сердца необходимо идентифицировать часть кольца митрального клапана, выделяющуюся в области межпредсердной перегородки в виде точечной яркой структуры (фиг. 2).
3. На аксиальной плоскости проводится построение продольной оси левого желудочка (ЛЖ) и его поперечной оси на уровне митрального клапана. По построенной поперечной оси ЛЖ на всех аксиальных срезах ЛП проводят границу между ЛЖ и ЛП (фиг. 3).
4. Выявление пищевода и его границ с задней стенкой ЛП (фиг. 4).
5. Выявление кольца аортального клапана, нисходящей аорты. Дифференцирование этих структур со стенкой ЛП в местах их наиболее близкого расположения (фиг. 5).
6. Определение хода левой коронарной артерии близ ушка ЛП как полосы интенсивного сигнала, мигрирующей от слоя к слою в сторону латеральной стенки ЛЖ (фиг. 6).
В дальнейшем производится обведение контуров ЛП, руководствуясь следующими правилами:
II. Обведение эндокардиального контура ЛП
1. Миокард предсердий имеет интенсивность сигнала, превышающую кровь, наиболее хорошо видна задняя стенка ЛП, которая может рассматриваться в качестве ориентира при обведении контуров (фиг. 5).
2. Обведение миокарда предсердий проводится медиальнее и кзади от определенной границы между ЛЖ и ЛП (фиг. 3).
3. Передняя стенка и ушко ЛП обводятся выше верхней границы кольца митрального клапана (фиг. 6).
III. Обведение эпикардиального контура ЛП
Эпикардиальный контур может достраиваться автоматически на заданную толщину миокарда ЛП (обычно 1,5-3,5 мм) с последующей ручной правкой или вручную параллельно эндокардиальному контуру (фиг. 7).
IV. Исключение артефактов
1. В случае выявления зон в миокарде ЛП, имеющих яркость, превосходящую яркость стенки аорты в данном слое, необходимо рассматривать подобные зоны в разных плоскостях с целью исключения артефактов или структур (фиг. 8), упомянутых в разделе I.
2. При интерпретации данной структуры как не относящейся к миокарду ЛП она должна быть исключена из его границ (вырезана вручную).
Результатом применения алгоритма является обведенный контур миокарда ЛП. Использование описанной техники позволяет стандартизировать процесс обведения контуров миокарда ЛП.
Клинический пример
Пациент Р., перенесший криоаблацию устьев легочных вен по поводу пароксизмальной формы MA.
Процедура была неэффективна, что потребовало выявления неизолированных легочных вен. Пациенту было проведено МРТ сердца с отсроченным контрастированием с целью оценки постаблационных повреждений.
Применение алгоритма обведения контуров миокарда ЛП с использованием мультипланарных реконструкций сердца позволило изучить структуру миокарда ЛП и выявить плотные циркулярные повреждения вокруг всех легочных вен. Эти данные послужили основой для выявления и последующей аблации источников эктопической активности, способствующих рецидивированию мерцательной аритмии, в области задней стенки ЛП.
На фиг 8 пример мультипланарной реконструкции ЛП пациента, перенесшего аблацию устьев легочных вен. Белой стрелкой отмечены яркие зоны контрастирования в миокарде ЛП вокруг устья правой нижней легочной вены, что видно в различных плоскостях на фиг. 8А и фиг. 8Б. Серой стрелкой отмечена структура, которая при рассмотрении на фиг. 8Б и фиг. 8В принадлежит передней части кольца митрального клапана и не является частью предсердного миокарда.
1. Способ определения контуров миокарда левого предсердия (ЛП) на МР-изображениях с использованием мультипланарных реконструкций, отличающийся тем, что выполняют МРТ сердца высокого разрешения с отсроченным контрастированием,
из полученной серии изображений производят мультипланарную реконструкцию изображений ЛП в трех перпендикулярных плоскостях: фронтальной, аксиальной и сагиттальной,
на данных мультипланарных реконструкций производят поиск структур сердца и артефактов, которые могут быть ошибочно приняты за миокард ЛП, причем выявление этих образований проводят в следующей последовательности:
a. определяют топографию ЛП и прилегающих структур, для чего определяют топографию митрального кольца в полученных плоскостях, первый слой предсердного миокарда сразу выше уровня кольца митрального клапана, далее на аксиальной плоскости проводят построение продольной оси левого желудочка (ЛЖ) и его поперечной оси на уровне митрального клапана, по построенной поперечной оси ЛЖ на всех аксиальных срезах ЛП проводят границу между ЛЖ и ЛП; выявляют пищевод и его границы с задней стенкой ЛП, выявляют кольцо аортального клапана, нисходящую аорту, дифференцируя эти структуры со стенкой ЛП в местах их наиболее близкого расположения, определяют ход левой коронарной артерии близ ушка ЛП как полосу интенсивного сигнала, мигрирующую от слоя к слою в сторону латеральной стенки ЛЖ;
b. обводят контуры ЛП, для чего вначале обводят эндокардиальный контур ЛП, используя в качестве ориентира заднюю стенку ЛП, далее обводят миокард предсердий медиальнее и кзади от определенной границы между ЛЖ и ЛП, переднюю стенку и ушко ЛП обводят выше верхней границы кольца митрального клапана; затем обводят эпикардиальный контур ЛП;
с. исключают артефакты, для чего выявляют в миокарде ЛП зоны, имеющие яркость, превосходящую яркость стенки аорты в данном слое, рассматривают подобные зоны в разных плоскостях и при интерпретации зоны как не относящейся к миокарду ЛП, такую зону вручную вырезают из его границ.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при вертикальном положении сердца на этапе а. «определение топографии ЛП и прилегающих структур» идентифицируют часть кольца митрального клапана, выделяющуюся в области межпредсердной перегородки в виде точечной яркой структуры.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при необходимости эпикардиальный контур ЛП достраивают либо автоматически на заданную толщину миокарда ЛП 1,5-3,5 мм с последующей ручной правкой, либо проводят вручную параллельно эндокардиальному контуру.
